國產(chǎn)車規(guī)級MCU：特殊市場下的另類突圍

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作者|解碼工作室 來源|解碼Decode(ID：kankeji001)

2020年下半年那股籠罩全球的缺芯荒，本是疫情爆發(fā)疊加新能源起勢造成的供需失衡。

最典型如汽車MCU，全球疫情的大爆發(fā)導(dǎo)致晶圓廠產(chǎn)能投放占比降低，意法半導(dǎo)體、恩智浦、Microchip等廠商先后宣布延長交貨期，庫存也很快被耗光，全球汽車供應(yīng)鏈第一次面臨缺貨危機。

到2021年3月，缺貨危機仍未解除，MCU市場占有率第二的瑞薩，又發(fā)生了一次耐人尋味的火災(zāi)，本就緊繃的芯片供應(yīng)鏈再遭重創(chuàng)。

而在那之前，MCU市場占有率第一的恩智浦和排名第三的英飛凌，因遭遇罕見的暴風(fēng)雪襲擊，其美國工廠都已躺平停產(chǎn)。

隨后的11月份，意法半導(dǎo)體歐洲的一處工廠因疫情加薪問題出現(xiàn)罷工，徹底引爆了全球車用MCU的缺貨潮。

而供需失衡的結(jié)果，就是MCU搖身一變從牛夫人成了小甜甜。原廠們紛紛坐地起價，瑞薩和恩智浦將車規(guī)MCU產(chǎn)品價格上調(diào)20%-30%；意法半導(dǎo)體從曾經(jīng)一塊多美金訂貨，上調(diào)至七塊多美金，漲幅高達7倍，同時宣布對2021年的MCU產(chǎn)品線漲價；Microchip全產(chǎn)品線漲幅在5%-10%不等，部分產(chǎn)品漲超10%。

以至于有從業(yè)者發(fā)出感慨，之前MCU都是降價貨，現(xiàn)在成了香餑餑，真是從業(yè)十幾年第一次見到。

陣痛幾乎瞬間傳到國內(nèi)，由于車用IC認證困難，國內(nèi)廠商基本無法做到國產(chǎn)替代，國外原廠芯片漲價成本只能向下轉(zhuǎn)移給國內(nèi)車廠。

產(chǎn)業(yè)界才猛然發(fā)現(xiàn)，時至今日作為最全最大的汽車及消費電子市場，在關(guān)鍵的MCU領(lǐng)域仍舊脆弱，整個產(chǎn)業(yè)鏈的命脈都被牢牢地握在別人手中。

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產(chǎn)業(yè)鏈解析

MCU產(chǎn)業(yè)鏈是一個極為復(fù)雜的全球生態(tài)系統(tǒng)，涉及IP授權(quán)、芯片設(shè)計、制造、封裝測試、分銷等眾多環(huán)節(jié)，高度全球分工是基操。

但用一句話總結(jié)國產(chǎn)廠商在其中的地位，就是基本無緣中上游。

MCU的產(chǎn)業(yè)鏈上游包含芯片設(shè)計、材料及設(shè)備、晶圓代工及封測三塊，其特征是技術(shù)密集和寡頭壟斷，比如芯片設(shè)計環(huán)節(jié)必備的EDA軟件，就被美國和德國壟斷全球近80%的市場份額。

IP授權(quán)則幾乎由英國的ARM公司主導(dǎo)，全球超過50%的MCU基于ARM內(nèi)核架構(gòu)設(shè)計。

材料及設(shè)備更是如此，其中光刻機主要由ASML（荷蘭）壟斷超全球80%市場，日本的佳能和尼康則分食剩余的市場份額?？涛g、拋光、清洗等設(shè)備則主要由美國和日本等巨頭主導(dǎo)。

至于提供芯片制造的晶圓代工，近年來國產(chǎn)廠商奮力追趕，雖然較第一名仍有較大差距，但在2023年Q2的CR6里，已經(jīng)出現(xiàn)了兩家中國企業(yè)的身影，中芯國際和華虹。

封測廠主要負責將代工廠生產(chǎn)的成品晶圓封裝成最終的成品器件，并進行可靠性測試，這一環(huán)節(jié)相對于晶圓代工門檻更低，國產(chǎn)化率更高，除了美國的安靠（Amkor）外，主要集中于中國大陸和中國臺灣。

中游為芯片設(shè)計原廠，主要由美、歐、日芯片巨頭所把控，中國企業(yè)當前市場份額較小但正在奮起直追。

MCU原廠按照商業(yè)模式可分為IDM和Fabless模式，前者主要以外資大廠為主，國內(nèi)企業(yè)則多采用Fabless模式，更依賴晶圓代工廠支持。

Omdia數(shù)據(jù)顯示，2022年全球MCU市場CR6高達83.4%，以美歐日芯片巨頭為主。

與之相對，2021年國內(nèi)MCU（含消費級）市場85%被外資把持（2019年為94%），MCU總國產(chǎn)化率不足15%，且多集中于消費級產(chǎn)品；而作為最大下游市場的車規(guī)級 MCU國產(chǎn)化率則不足5%，仍有極大國產(chǎn)替代空間。

MCU的下游應(yīng)用極為廣泛，主要覆蓋汽車電子、工業(yè)控制、消費電子、計算與存儲、網(wǎng)絡(luò)通信六大市場，從全球來看，MCU下游市場中汽車電子占比最高。

根據(jù)IC Insights ，汽車電子2021年市場份額占比達39%，且呈現(xiàn)逐年升高的態(tài)勢，這與新能源汽車革命對汽車電子的需求和性能要求的提高密不可分，2020年以來的汽車“缺芯”也一定程度推高了MCU的ASP。

但從國內(nèi)市場來看，MCU下游市場卻主要集中在消費電子領(lǐng)域。2020年國內(nèi)MCU市場下游應(yīng)用消費電子占比26%，汽車電子僅占16%。

這種國內(nèi)和全球的下游構(gòu)成相比差別較大的原因也好理解：

1）我國為世界工廠，PC、手機、IoT、家用電器等消費電子組裝和制造環(huán)節(jié)高度集中，因此國內(nèi)消費電子相關(guān)的MCU需求量相對占比更高；

2）汽車電子MCU約95%的市場份額由美歐日IDM芯片巨頭把持，下游的整車品牌也常年由發(fā)達國家主導(dǎo)，因此國內(nèi)車規(guī)MCU自給率一直以來較低，本土MCU企業(yè)較難打入。

但步入新能源汽車時代，國產(chǎn)電動車品牌的強勢崛起，疊加2020-2022汽車電子缺芯所帶來的機會窗口，相當于給國內(nèi)MCU企業(yè)提供了一個相當大的切入機會，市場份額占比也就有望獲得提高。

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窗口與機會

一個需要明確的前提是，國產(chǎn)車規(guī)級MCU雖然開始進入汽車供應(yīng)鏈，但大都集中在中低端應(yīng)用范圍，比如車身、座椅、照明等，只有國芯科技、芯馳科技和芯旺微的量產(chǎn)產(chǎn)品涉及中高端應(yīng)用。

原因并不難找，我國車規(guī)級MCU產(chǎn)業(yè)長久以來突破較慢的原因主要可以歸結(jié)為以下三點：

1）車規(guī)MCU技術(shù)工藝嚴苛，研發(fā)周期長，企業(yè)研發(fā)動力不足；

與消費和工業(yè)級MCU相比，車規(guī)級芯片工作環(huán)境復(fù)雜多變，具有高振動、多粉塵、多電磁干擾、溫度范圍廣等特點，對溫度耐受性要求一般在-40-155°C，同時還要具備耐振動沖擊、高低溫交變、防水、防曬、抗干擾能力。

由于汽車生命周期較長，產(chǎn)品工作壽命要求為15-20年，供貨周期要求也在15年以上，因而對產(chǎn)品不良率和可靠性也提出了極為嚴苛的標準。

2）車規(guī)認證標準嚴苛且周期較長，不確定性較大，投資風(fēng)險較高；

車規(guī)芯片認證的標準嚴格，流程漫長，門檻較高。從流片到量產(chǎn)出貨，往往需要2到3年時間。然而一旦成功打入整車供應(yīng)鏈，就能享受至少10年以上的供貨周期，從而和下游車廠建立深度綁定。 

3）長期以來傳統(tǒng)燃油車市場被歐、美、日品牌統(tǒng)治，因此整車供應(yīng)鏈也長期由外資把控，新進國產(chǎn)供應(yīng)商想要切入前裝市場難度極高。

在2020-2022年全球缺芯高潮下，國產(chǎn)MCU已逐步開始打入下游整車供應(yīng)鏈，加速汽車MCU 國產(chǎn)化進程。

尤其是新能源時代自主品牌強勢崛起，為本土MCU廠商贏來更多市場導(dǎo)入機會。

新能源時代，我國多年以來在新能源產(chǎn)業(yè)的大力投入，先發(fā)優(yōu)勢下已經(jīng)建立了成熟的產(chǎn)業(yè)鏈和人才配套，大幅降低了造車門檻，使傳統(tǒng)自主品牌和蔚小理等造車新勢力借新能源的東風(fēng)實現(xiàn)了對燃油車傳統(tǒng)豪強的彎道超車。

根據(jù)乘聯(lián)會，2020年中國乘用車市場自主品牌銷量份額為35.7%，2022年則迅速躍升至47.3%；2023年7月，自主品牌市場份額達到創(chuàng)紀錄的53.2%，首次超過50%。此消彼長，日系品牌從2020年的 24.1%大幅銳減至17.3%，德系、韓系、美系品牌也均有明顯下滑。

新能源汽車的動力革命重塑了全球汽車市場的競爭格局，傳統(tǒng)油車品牌的護城河（發(fā)動機和變速箱）將逐漸被三電系統(tǒng)所替代，國產(chǎn)品牌憑借國內(nèi)成熟產(chǎn)業(yè)鏈和軟硬件創(chuàng)新優(yōu)勢逐步實現(xiàn)彎道超車，有望帶動本土汽車電子供應(yīng)鏈發(fā)展。

另外還有較為重要的一點是，在代工封測的產(chǎn)業(yè)鏈上游我們也并非一窮二白，當然這主要取決于車規(guī)MCU的制程特點。

全球車規(guī)MCU目前主要以40nm-90nm制程為主流工藝節(jié)點，僅少部分豪華車型會部分采用28nm制程的MCU。一是由于車載MCU本身對算力和集成度的要求不像消費級芯片那么高，因而無需先進制程；同時，MCU內(nèi)置的嵌入式存儲自身制程也限制了MCU制程的提升。

因此，從主流車規(guī)MCU的生產(chǎn)工藝節(jié)點看，本土芯片代工廠如中芯國際和華虹已經(jīng)具備自主制造的能力。

雖然國產(chǎn)車規(guī)級MCU的市場份額不足5%，但還是有幾家在車規(guī)MCU上做的不錯，比如說四維圖新旗下的杰發(fā)科技，是國內(nèi)唯一一家所有產(chǎn)品線都通過車規(guī)級認證的汽車半導(dǎo)體廠商。

2018年研發(fā)出了國內(nèi)第一顆通過車規(guī)級認證,并實現(xiàn)客戶端量產(chǎn)的32位MCU芯片，截至目前杰發(fā)科技的芯片產(chǎn)品已經(jīng)在全球500多款車型上量產(chǎn)，車規(guī)級MCU出貨量已超1000萬顆。

再比如說比亞迪半導(dǎo)體作為中國最大的車規(guī)級MCU芯片廠商，從2018年推出國內(nèi)首款量產(chǎn)8位車規(guī)級MCU芯片，到2019年推出第一代32位車規(guī)級MCU芯片，然后批量裝載在比亞迪全系列車型上，目前為止比亞迪車規(guī)MCU芯片裝車量已超1000萬顆，馬上要推出的技術(shù)更先進的32位雙核高性能MCU芯片，主要應(yīng)用于域控制器等車身控制領(lǐng)域。

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特殊的突圍路線

與CPU、GPU不同，MCU芯片產(chǎn)品的特點是雖然需求總量大，但里面品類眾多，單個品類需求量小、利潤率低。因此瑞薩、英飛凌、德州儀器這些主流廠商都采用IDM模式——即自己設(shè)計、自己生產(chǎn)，最大程度控制成本。

因此，MCU的前六大玩家均為IDM模式。即便在缺芯荒期間，這些廠商也不會因為訂單滿溢擴產(chǎn)，而是交給臺積電這類代工廠。

雖然中國大陸是MCU等成熟制程芯片的最大市場之一，但國產(chǎn)廠商的進入時間較晚，導(dǎo)致國內(nèi)廠商更加依賴代工廠的制造能力，也就是前文提到的Fabless模式。

Fabless模式即無晶圓廠模式，與IDM不同，F(xiàn)abless下原廠僅專注于MCU的研發(fā)、設(shè)計和銷售，而將重資產(chǎn)的晶圓制造、封裝測試等環(huán)節(jié)外包給臺積電、日月光等專業(yè)的代工和封測廠商。

但是缺芯荒的出現(xiàn)，導(dǎo)致了固有格局開始變化。

IDM模式的MCU原廠因成本控制，即便訂單滿溢也不會擴產(chǎn)，而是交給代工廠，這種思路平時看起來沒有問題。但在缺芯荒階段，代工廠也是優(yōu)先安排利潤高的芯片排產(chǎn)。

典型如臺積電，即便是2021年高調(diào)宣布MCU芯片產(chǎn)能提升60%，但據(jù)其財報顯示，28nm以下工藝占比，其實最近幾年以來基本沒什么變化。2021年Q1-2023年Q1，臺積電28nm以下工藝占比分別為63%、64%、64%。

國產(chǎn)廠商原本在正常情況下沒有機會，但訂單滿溢的情況從原廠流到代工廠還不夠，繼續(xù)向下流到類似華虹這樣的二線代工廠，再疊加上游產(chǎn)能不足但下游需求猛增，國內(nèi)MCU原廠得以在車企的缺芯焦慮中躋身供應(yīng)鏈。

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尾聲

其實在成熟制程芯片市場，不像先進制程那樣受全球矚目。在這塊市場，技術(shù)的突飛猛進反而不如扎扎實實的量產(chǎn)和良率重要，而成熟制程暫且不受太多制裁影響，考驗的是下中上游產(chǎn)業(yè)鏈的通力合作。

下游汽車電子的爆發(fā)需求，在缺芯荒階段無法得到大廠滿足，所以給了國產(chǎn)MCU芯片的替代機會，大量的訂單反饋到中游是國產(chǎn)芯片得以躋身供應(yīng)鏈，利用特殊時間的特殊路徑完成認證，再反映到上游，就是中芯國際、華虹半導(dǎo)體這樣的代工廠拿到更多訂單。

而如果長期來看，隨著國內(nèi)各代工廠在成熟制程工藝上的持續(xù)優(yōu)化和產(chǎn)能擴張，輔以RISC-V等開源指令集架構(gòu)發(fā)展，國內(nèi)MCU廠商通過與上游代工廠的通力協(xié)作，有望共同推動國產(chǎn)MCU性價比不斷升高，以中低階車規(guī)MCU為切入口，把握自主品牌和造車新勢力迅速崛起的時間窗口，逐漸導(dǎo)入整車供應(yīng)鏈體系，最終逐步實現(xiàn)國產(chǎn)替代。

參考資料

[1] 海思一顆料暴漲7倍，全球芯片缺貨真相：原廠38顆MCU掌控汽車產(chǎn)業(yè)鏈，國際電子商情

[2] 日本瑞薩科技公司的那珂工廠著火，或影響世界車載芯片市場，澎湃新聞

[3] 汽車MCU研究：“缺芯”大環(huán)境下國產(chǎn)供應(yīng)商尋求自主替代，佐思汽車研究

[4] 華虹半導(dǎo)體上市，中國芯片代工的另類突圍，遠川科技評論

[5]半導(dǎo)體行業(yè)深度報告（四）：MCU：汽車+工控+新消費IoT三大驅(qū)動力助推，國產(chǎn)替代前景廣闊，東海證券

[6]2023 TOP 50 國產(chǎn)MCU廠商調(diào)研統(tǒng)計和行業(yè)分析報告

[7]一個有意思的數(shù)據(jù)：臺積電成熟芯片占比，3年沒變化，只談科技

編者按：本文轉(zhuǎn)載自微信公眾號：解碼Decode(ID：kankeji001)，作者：解碼工作室